Дифференциал открытый – Дифференциал автомобиля — его конструкция и принцип работы

Как работает дифференциал. » Хабстаб

Дифференциал выполняет две функции:
  •  передача энергии двигателя колёсам, позволяя им вращаться с разной скоростью;
  •  уменьшение передаточного числа от двигателя к колёсам;

Для чего нужен дифференциал.
Когда Вы поворачиваете, колёса автомобиля вращаются с разной скоростью. Вы, можете убедиться в этом посмотрев анимацию, там же, видно, что колёса проходят разный путь, колесо, которое движется по меньшему радиусу проходит меньший путь. Это также можно видеть из формулы, которая описывает длину окружности L=2*pi*r, меньше радиус — меньше путь. Заметим также, что траектория передних и задних колёс отличается.
 
Для переднеприводного автомобиля ведущие колёса передние, для заднеприводного соответственно задние. Ведущие колёса соединены друг с другом таким образом, что двигатель или трансмиссия могут вращать сразу оба колёса. Другая пара колёс, назовём их ведомыми, не связаны жёстко между собой и могут вращаться независимо друг от друга. Если бы на вашем автомобиле не было дифференциала, колёса вращались бы с одинаковой скоростью и поворачивать на таком авто было бы непросто. Одному колесу пришлось бы в таком случае скользить. При качестве современных дорог и шин, чтобы сделать это придётся приложить много усилий.
Как работает дифференциал.
Дифференциал — это устройство, которое разделяет вращающий момент двигателя, позволяя каждому колесу вращаться с разной скоростью. Дифференциал применяется во всех современных машинах и грузовиках, а также во многих полноприводных машинах. В полноприводных автомобилях дифференциал ставится на переднюю и заднюю пару колёс, так как каждая пара является ведущей. Некоторое время полноприводные системы не имели дифференциала между передними и задними колёсами. 
Как работает дифференциал.
Как работает дифференциал.

Как работает дифференциал.
Открытый дифференциал.
Мы начнём с самого простого типа дифференциала название которого — открытый дифференциал.
Когда машина движется прямо по дороге, оба ведущих колеса вращаются с одинаковой скоростью. Ведущая шестерня вращает ведомое зубчатое колесо, на котором закреплены сателлиты. При движении автомобиля прямо ни один из сателлитов не вращается вокруг своей оси.
Заметим что количество зубцов на ведущем валу меньше чем на зубчатом колесе. Возможно, Вы слышали такой термин, как передаточное число заднего моста. Если передаточное число равно 4 к 10, это значит что число зубцов на ведущей шестерне относится к числу зубцов на зубчатом колесе как 4 к 10. 
Когда автомобиль заворачивает колёса вращаются с разной скоростью. 
На анимации выше можно видеть что при повороте сателлиты начинают вращаться, позволяя колёсам двигаться с разной скоростью.

Дифференциал и сцепление с дорогой.
Открытый дифференциал всегда создает одинаковый крутящий момент на каждое колесо.
Существует два фактора, которые определяют какой крутящий момент будет приложен к колесу:
  • сцепление колеса с дорогой;
  • мощность двигателя;


Когда дорога сухая и сцепление колеса с дорогой хорошее, вращающий момент, который будет приложен к колесу определяет двигатель и коробка передач. Если же сцепление колеса с дорогой плохое, предположим на льду, величина крутящего момента ограничится таким числом при котором колеса не будут проскальзывать. Таким образом, даже при достаточном вращающем моменте от двигателя, необходимо обеспечить хорошее сцепление с дорогой.

На тонком льду.
При управлении машиной на льду для того, чтобы колеса при старте не пробуксовывали, нужно трогаться со второй или даже с третьей передачи. При этом передается меньший вращающий момент на колеса.
А что будет если одно ведущее колесо будет на земле, а второе на льду? Возникает проблема на машине с открытым дифференциалом.
Надо помнить, открытый дифференциал передает одинаковый крутящий момент к обоим колесам. Максимальная величина крутящего момента будет ограничиваться моментом, который можно приложить к колесу, находящемуся на льду, а этот момент очень мал и колесо, имеющее хорошее сцепление с дорогой, получит такой же момент. В итоге автомобиль будет двигаться очень медленно.
Внедорожник.
Открытый дифференциал может создать много неудобств при движении по пересеченной местности. Если даже у машины все ведущие и установлен открытый дифференциал, она все равно может застрять. Если одно из передних или задних колес оторвется от земли и будет вращаться в воздухе и двигаться будет невозможно.
Решение этой проблемы — это дифференциал повышенного трения. Дифференциал повышенного трения используют различные механизмы для обеспечения нормальной разности скоростей. Когда одно из колес скользит этот крутящий момент передается другому колесу.
Вискомуфта.
Вискомуфта часто находит применение в полноприводных автомобилях. Она обычно применяется для соединения передней и задней пары колёс, при этом если передние начинают проскальзывать крутящий момент передаётся на задние колёса и наоборот.
Вискомуфта имеет два набора пластин внутри герметичного кожуха, который заполнен жидкостью, как показано выше. Каждый набор пластин соединён с валом. При нормальных условиях оба набора пластин в жидкости вращаются с одинаковой скоростью.
Когда одна пара колёс начинает вращаться быстрее, это свидетельствует о том, что колёса проскальзывают. Набор пластин соответствующих этому колесу начинает вращаться быстрее, но за счёт свойств жидкости скорости пластин задних и передних колёс выравниваются. Прикладывается более высокий крутящий момент на колёса, которые не скользят.

К примеру, когда у автомобиля происходит пробуксовка передних колёс, вискомуфта замыкается и передаёт момент на задний мост. Когда машина поворачивает разница скоростей меньше чем когда одно колесо проскальзывает. Чем быстрее вращаются диски относительно друг друга, тем больший крутящий момент передаёт вискомуфта. Муфта не мешает на поворотах, потому что величина крутящего момента во время поворота очень мала. Передача крутящего момента не будет происходить до тех пор, пока не начнётся скольжение. Простой опыт с яйцом поможет понять как работает вискомуфта. Если поставить яйцо на кухонный стол, скорлупа и желток будут неподвижны. Теперь если раскрутить яйцо, то желток будет стараться догнать скорлупу.
Чтобы доказать что желток вращается, остановим быстро яйцо, а затем снова отпустим — яйцо будет вращаться(если, конечно, оно не вкрутую). В этом эксперименте мы используем силу трения между скорлупой и желтком. В вискомуфте усилие прикладывается между жидкостью и набором пластин аналогично яйцу.
Самоблокирующийся дифференциал.
Самоблокирующийся дифференциал состоит из тех же частей что и открытый, плюс к нему добавляется электрический, пневматический или гидравлический механизм для блокировки двух выходных шестерёнок вместе. Этот механизм обычно активируется вручную с помощью переключателя, после активации оба колеса будут вращаться с одинаковой скоростью. Если одно колесо оторвётся от земли второе будет продолжать вращаться, как будто ничего не изменилось.
Дифференциал Torsen — чисто механическое устройство и не содержит электроники или вязких жидкостей. Как только одно колесо теряет сцепление с дорогой, система связывает колёса вместе. Например, если дифференциал Torsen разработан с отношением 5: 1, это позволяет в пять раз больше нагружать колесо, которое имеет хорошее сцепление. Torsen не уравнивает крутящий момент на колёсах, а направляет его на более ”загруженную” ось. 

Свободный (открытый) дифференциал

Дифференциал — механизм, распределяющий крутящий момент между двумя ведущими колесами или между двумя ведущими мостами.

Трансмиссия

Заглянув в справочник, мы увидим определение: «дифференциал – это механизм трансмиссии, который, распределяя крутящий момент между двумя ведомыми валами (колесами или мостами) в заданном соотношении, обеспечивает им вращение с разными угловыми скоростями». Так звучит стандартное описание этого механизма, которое понятно разве что дипломированному специалисту в области машиностроения, хотя, будучи еще студентом, он и так уже понял как работает этот механизм. Наша цель — понять как это работает и зачем эта штука присутствует в нашем автомобиле, не имея особых познаний в машиностроении, а руководствуясь лишь логикой и общеизвестными фактами. Итак, еще раз.

Дифференциал — это безусловно механическое устройство. И это устройство не требуется ни мотоциклу, ни велосипеду. Логично, что необходимость усложнить конструкцию возникла из-за возрастания количества колёс. Хотя, есть же 3х колёсные мотоциклы и велосипеды, скажут некоторые из вас. Вы правы. Так вот, в этой технике, либо есть эта штука, называемая дифференциалом, либо в движение они приводятся только одним из 3х колёс.

Вот мы, не используя ни единого термина, и пришли к понимаю основы, для чего используют дифференциал. А именно, для того, чтобы приводить в движение транспортное средство как минимум с помощь двух колёс.

Итак, для чего понятно. А почему? Почему нельзя соединить 2 колеса жесткой осью и крутить их за эту ось? Формально можно. Но это тема другой статьи про дрифт. Для нормального движения, чтобы шины автомобиля катились по дороге, а не скользили в поворотах необходимо, чтобы ведущие колёса    вращались с разными скоростями. Да, знаю, звучит странно. Автомобиль то весь целиком едет вроде бы с одной скоростью, а  совершенно одинаковые колёса слева и справа крутятся с разными скоростями. Чтобы, опять же, не прибегать к сложным терминам, рассмотрим простенький пример. Ваня, Вася и Маша ехали на машине. Кончился бензин. Мужчины вышли из машины и стали её толкать. Ваня встал слева, Вася справа. Маша повернула руль до упора влево, чтобы развернуться, так как заправку только что проехали. Считаем шаги Вани и Васи. Развернулись. Ваня сделал 10 шагов, а Вася — 15. Значит и все колёса в поворотах проходят разный путь. Следовательно и вращаются с разной скоростью. Не будем сейчас углубляться в подробности, чтобы разобраться почему это происходит, так как это уже дело механики, наше дело проще. Главное, уже поняли почему колёса обычно не соединяют жесткой осью.

Хотя, конечно,  до 1897 дифференциалы на автомобили не ставили. Правда, при этом, если приводные колёса были соединены жесткой осью, автомобили очень неохотно поворачивали и их колёса очень быстро изнашивались. Известно, что конструкции разной степени сложности, выполняющие роль дифференциала существовали в мире еще до нашей эры, но общепризнанная сейчас механическая конструкция дифференциала появилась лишь в 1720 году, когда Джозеф Вильямсон использовал дифференциальный механизм в часах. Больше века потребовалось, чтобы ноу-хау дошло до автомобилей. В 1834 Ричард Робертс запатентовал дифференциал для дорожной техники.  В 1897 году дифференциал был установлен на паровой автомобиль Ширера и решил эти проблемы с износом колёс и трудностью поворота.

Несмотря на то, что постепенно дифференциалы завоевали своё место практически во всех четырёхколёсных транспортных средствах, благодаря решению тех, несомненно, серьёзных проблем, достаточно быстро выяснилось, что этот самый дифференциал принёс в автомобиль новые проблемы. Если одно из колёс теряет сцепление с дорогой — автомобиль теряет способность разгоняться. Происходит это из-за того, что устройство дифференциала приводит в движение колёса по принципу, какое легче крутить, то и крутится. И хорошо работает этот механизм только тогда, когда оба колеса надёжно держатся за дорогу — работают в паре. Как известно на деле, особенно в России, надёжность сцепления шин с дорогой находится под большим вопросом. Вода, грязь, снег, лёд… Всё это злейшие враги классического принципа приведения в движение автомобиля с помощью простого дифференциала.

Конечно, благодаря инженерам и изобретателям, эти проблемы в настоящее время решены с тем или иным успехом. Основной принцип решения этой проблемы лежит на поверхности и после прочтения этой статьи наверняка уже известен читателям. Когда автомобиль едет прямо — дифференциал не нужен, его работу можно заблокировать, превратив его в обычную зубчатую передачу. Как только водитель повернул руль — блокировку необходимо снять, чтобы машина повернула легко, а износ шин был минимальным. Но кажущаяся простота принципа, на самом деле очень обманчива. На сегодняшний день существуют десятки систем, с тем или иным успехом выполняющих эти не хитрые действия, особенно в системах полного привода, где по-хорошему этих дифференциалов требуется не один и даже не два, а целых три штуки.

Как работают разные типы дифференциалов

Что необходимо знать о дифференциалах и об их различиях в работе.

Как работают разные типы дифференциалов

Прежде чем приступить к рассмотрению дифференциалов, их типов и нюансах работы, сначала мы с вами обратимся к теории. Для чего вообще нужен дифференциал на современных автомобилях и какой принцип его работы?

Как работают разные типы дифференциалов

Дифференциал, как говорит теория, это механическое устройство с особым видом планетарной зубчатой передачи, разделяющий момент входного вала (в нашем случае карданного вала) между выходными валами (полуосями) автомобиля, передающий, момент силы с карданного вала на задние полуоси в заднеприводном варианте или непосредственно от двигателя сразу на полуоси в переднеприводном автомобиле так (дифференциал в FWD расположен в КПП), что угловые скорости вращения этих полуосей могут быть разными по отношению друг к другу и колеса автомобиля проходят разный путь (например в повороте). Опять же, все из теории, во время прохождения поворота колеса автомобиля проходят по различным траекториям, а именно, по внутренней и внешней, отсюда соответственно получается, что колесо вращающееся по внешнему радиусу проделывает (пробегает) больший путь чем то колесо, которое вращается по внутреннему радиусу, а значит, что и скорость такого вращения колес будет разная, т.е. скорость колеса вращающегося (пробегающего) по внутреннему радиусу должна быть меньше той скорости колеса, которое вращается по внешнему радиусу.

 

Смотрите также: Что нужно знать прежде чем ездить по бездорожью

 

В этом как-раз непосредственно и заключается главная задача дифференциала, т.е. правильно распределять скорости вращения валов на выходе и соответственно самих колес.

 

Предназначение дифференциала автомобилей:

— позволяет ведущим колёсам вращаться с разными угловыми скоростями;

— неразрывно передаёт крутящий момент от двигателя на ведущие колёса.

 

Основная проблема, появившаяся на заре автомобильной эры, была решена с помощью применения дифференциала, теперь повороты машине можно проходить более безопасно и без пробуксовки колес, а отсюда соответственно и без чрезмерной нагрузки на трансмиссию, на шины и на сами подшипники колес. Но зато появилось другое неудобство.

Как работают разные типы дифференциалов

Простейший дифференциал имеет одну яркую «особенность», благодаря которой он категорически не подходит для сложных, экстремальных дорожных ситуаций.

 

Когда у ведущих колес 100% сцепление с дорогой, то все будет идти хорошо и дифференциал будет исполнять свою функцию просто идеально, но стоит одному из колес попасть в ситуацию когда оно (шина) потеряет сцепление с дорогой, или попадет на другой тип грунта или на лед, то начнет вращаться именно то колесо, которое потеряло сцепление, а противоположенное стоящее на более цепком грунте просто останется неподвижным.

 

Смотрите также: Избыточная поворачиваемость и недостаточная поворачиваемость

 

Не вдаваясь в сами нюансы работы механизма можно просто констатировать факт, что дифференциал не меняет свой крутящий момент, он просто перераспределяет мощность между колесами и такая мощность будет всегда больше на том именно колесе, которое вращается быстрее. При пробуксовке колеса сопротивление его и крутящего момента будет минимальным, а значит чрезвычайно малым будет и крутящий момент передающийся с самого двигателя непосредственно на колесо, а значит и на противоположенном колесе этот крутящий момент будет ему соответствовать, то есть он будет минимальным.

 

Особенно видны и очень заметны недостатки этого классического дифференциала на спортивных автомобилях с большой мощностью, а также и на полноприводных машинах, которые рассчитаны на езду по бездорожью.

 

В этой связи инженеры и автопроизводители большинства автокомпаний начали искать новое решение с этой проблемой. Появилось большое количество (различных видов устройств) дифференциалов. Основные виды таковых нам и хотелось бы освятить в данной статье. А также нам хотелось бы рассказать своим читателям и об основных преимуществах и конкретных недостатках тех или иных видов этих устройств, и еще, на каких современных автомобилях можно сегодня встретить тот или иной тип дифференциалов.

 

Свободный дифференциал (Open Differential).

Как работают разные типы дифференциалов

Суть его работы.

Разделяет крутящий момент двигателя на две оси, каждая из которых способна вращаться с различной скоростью.

 

Недостатки.

При потери сцепления колеса с дорогой крутящий момент на противоположном колесе тоже снижается (падает). В худшем варианте, у застрявшего автомобиля одно колесо будет свободно вращается, в то время, как противоположенное с лучшим сцеплением не сможет просто передать поверхности (дороге) достаточно крутящего момента, чтобы сдвинуть автомобиль с места.

 

Современные системы управления тягой компенсируют это, путем применения тормозов к потерявшему сцепление колесу. Но данный подход к проблеме помогает лишь отчасти, более сложный дифференциал, как правило действует быстрее и он более эффективен, чем тот же стандартный тип такого механизма.

 

Как работают разные типы дифференциаловНа каких автомобилях его можно обнаружить.

Устанавливается на большинство автомобилей у которых «отсутствуют претензии» на нехватку большой мощности (они достаточно мощные), или у которых «отсутствуют амбиции» к любому бездорожью (внедорожники), а также на семейные седаны, на кроссоверы, на мини-вэны, на малолитражные машины, и т.д.

 

Блокируемый дифференциал (Locking Differential).

Как работают разные типы дифференциалов

Как он работает.

При заблокированном дифференциале колеса машины будут постоянно вращаться с равными скоростями. В песке, в грязи и на снегу заблокированный дифференциал гарантирует, что крутящий момент продолжит поступать на колеса с более высокой тягой.

 

Недостатки.

В незаблокированном виде данный механизм ведет себя точно также, как и свободный дифференциал. Блокировка дифференциала на поверхности с высоким уровнем сцепных свойств, как например, на том же сухом асфальте, затрудняет поворачиваемость автомобиля и может нанести серьезный вред автомобильной трансмиссии.

 

Как работают разные типы дифференциаловНа каких автомобилях его можно обнаружить.

Jeep Wrangler,  Mercedes-Benz G-класса,  Ram 2500 Power Wagon; опционально его можно поставить на большинство полноразмерных джипов и пикапов.

 

Самоблокирующийся дифференциал (Limited-slip Differential). Дифференциал повышенного трения.

Как работают разные типы дифференциалов

Как он работает.

Самоблокирующийся дифференциал совмещает в себе две концепции,- свободную и блокируемую системы дифференциалов. Он способен функционировать большую часть времени как обычный дифференциал, а в нужный момент автоматически блокироваться, т.е. в тот момент, когда происходит проскальзывание одного из колес. Блокировка достигается за счет вязкостной муфты, или фрикционной муфты, или за счет сложной системы гидророторного типа. В военных автомобилях ставятся зубчатые или кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы.

 

Недостатки.

Чисто механические дифференциалы повышенного трения являются реактивными. То есть, они не блокируются пока не произошла пробуксовка колеса.

 

Как работают разные типы дифференциаловНа каких автомобилях его можно обнаружить.

Nissan 370Z  со Sport пакетом (с вискомуфтой),  Mazda MX-5 Miata  (clutch-type),  Scion FR-S/Subaru BRZ  (helical gears).

 

Самоблокирующийся дифференциал с электронным управлением (Electronically Controlled Limited-slip Differential).

Как работают разные типы дифференциалов

Как он работает.

Преимущества такого электронного управления в том, что повышается тяга в повороте и степень блокировки дифференциала можно настроить.

 

Например, если компьютер автомобиля определяет, что в повороте у него (автомобиля) избыточная поворачиваемость, то он может сильнее заблокировать дифференциал для того чтобы стабилизировать автомобиль.

 

Недостатки.

Как и в обычном дифференциале ограниченного скольжения его крутящий момент смещен в сторону и колеса более медленно вращающегося.

 

Как работают разные типы дифференциаловНа каких автомобилях его можно обнаружить.

BMW M3  и  M4,  Cadillac ATS-V  и  CTS-V,  Chevrolet Corvette с пакетом Z51,  Ferrari 488GTB.

 

Активный дифференциал (Torque-vectoring Differential).

Как работают разные типы дифференциалов

Как он работает.

Использует дополнительные редуктора, которые подключаются по команде электроники. Электроника собирает информацию со всех датчиков, а именно, о скорости автомобиля, о скорости вращения колес, о включенной передаче, об угле поворота рулевого колеса и о множестве других параметров.

 

Способен дозированно отправлять крутящий момент к каждому из ведущих колес.

 

С активным дифференциалом автомобиль может проходить повороты на больших скоростях.

 

Недостатки.

Системы активного дифференциала тяжелые, достаточно сложные и очень дорогие, они увеличивают расход топлива автомобиля.

 

Как работают разные типы дифференциаловНа каких автомобилях его можно обнаружить.

Audi S4, S5 и S6; BMW X5 M и X6 M; Lexus RC F.

Открытый дифференциал — с английского на русский

См. также в других словарях:

  • Дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением — ДПВС конического типа Дифференциал с повышенным внутренним сопротивлением (ДПВС) – это тип дифференциала, который допускает наличие небольшой разницы в …   Википедия

  • Дифференциал — (Differential) Определение дифферинциала, дифферинциал функции, блокировка дифферинциала Информация об определении дифферинциала, дифферинциал функции, блокировка дифферинциала Содержание Содержание математический Неформальное описание… …   Энциклопедия инвестора

  • quattro — Это статья о системе полного привода компании Audi. Об одноименном автомобиле Audi см. Audi Quattro. О дочерней компании Audi см. quattro GmbH. Логотип quattro на передней радиаторной решётке автомобиля …   Википедия

  • Атака на основе открытых текстов — Содержание 1 Введение 2 Описание 3 Отличия от других методов криптоанализа …   Википедия

  • Porsche 911 — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей …   Википедия

  • Lamborghini Gallardo — Lamborghini Gallardo …   Википедия

  • Передний привод — Общий случай компоновки легкового автомобиля с приводом на передние колёса …   Википедия

  • ГОСТ 27536-87: Машины землеройные. Самоходные скреперы. Термины, определения и техническая характеристика для коммерческой документации — Терминология ГОСТ 27536 87: Машины землеройные. Самоходные скреперы. Термины, определения и техническая характеристика для коммерческой документации оригинал документа: 4.2. Базовая машина самоходный скрепер, соответствующий технической… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • НАМИ-1 — НАМИ 1 …   Википедия

  • Mercedes-Benz 230 SL — Mercedes Benz W113 …   Википедия

  • Т-12, Т-24 — ПЕРВЫЕ СРЕДНИЕ         Одним из …   Энциклопедия техники

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о